• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권2호
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• pp.267-271
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• 2013

KEPCO 전력연구원에서 개발한 고효율 습식 아민 $CO_2$ 흡수제(KoSol-4)를 적용하여 Test bed 성능시험을 수행하였다. 국내에서는 처음으로 석탄화력발전소에서 발생되는 연소 배가스를 적용하여 하루 2톤의 $CO_2$를 처리할 수 있는 연소 후 $CO_2$ 포집기술의 성능을 확인하였으며 또한 국내에서는 유일하게 공정운전에 소요되는 재생에너지 소비량을 실험적으로 측정함으로써 KoSol-4 흡수제의 성능에 대한 신뢰성 있는 데이터를 제시하였다. 흡수제 순환량 및 재생탑 운전압력을 대상으로 한 변수 실험 결과 Test bed 연속운전은 안정적으로 수행되었고, 흡수탑에서의 $CO_2$ 제거율은 국제에너지기구 온실가스 프로그램(IEA-GHG)에서 제시하는 $CO_2$ 포집기술 성능평가 기준치($CO_2$ 제거율: 90%)를 안정적으로 유지하였다. 또한 흡수제(KoSol-4)의 재생을 위한 스팀 사용량(재생에너지)은 3.0~3.2 GJ/$tCO_2$이 소비되는 것으로 산출되었는데 이는 기존 상용 흡수제(MEA, Monoethanolamine)의 재생에너지 수준(약 4.09 GJ/$tCO_2$, 본 연구) 대비 약 25% 이상 저감된 수치일 뿐만 아니라 우리나라에서 연구 중인 모든 $CO_2$ 포집기술을 통틀어 가장 우수한 성능이다. 본 연구를 통해 KEPCO 전력연구원에서 개발한 KoSol-4 흡수제 및 공정의 우수한 $CO_2$ 포집 성능을 확인할 수 있었을 뿐만 아니라, 향후 고효율 흡수제(KoSol-4)를 상용 $CO_2$ 포집플랜트에 적용할 경우 $CO_2$ 포집비용을 크게 낮출 수 있을 것으로 기대되었다.

• 공업화학
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• 제27권4호
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• pp.391-396
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• 2016

한전 전력연구원에서 개발한 고효율 아민계 습식 $CO_2$ 흡수제(KoSol-5)를 적용하여 0.1 MW급 Test Bed $CO_2$ 포집 성능시험을 수행하였다. 500 MW급 석탄화력발전소에서 발생되는 연소 배가스를 적용하여 하루 2톤의 $CO_2$를 처리할 수 있는 연소 후 $CO_2$ 포집기술의 성능을 확인하였으며 또한 국내에서는 유일하게 재생에너지 소비량을 실험적으로 측정함으로써 KoSol-5 흡수제의 성능에 대한 신뢰성 있는 데이터를 제시하고자 하였다. 그리고 주요 공정변수 운전 및 흡수탑 인터쿨링 효율 향상에 따른 에너지 저감 효과를 테스트하였다. 흡수탑에서의 $CO_2$ 제거율은 국제에너지기구 산하 온실가스 프로그램(IEA-GHG)에서 제시하는 $CO_2$ 포집기술 성능평가 기준치($CO_2$ 제거율: 90%)를 안정적으로 유지하였다. 또한 흡수제(KoSol-5)의 재생을 위한 스팀 사용량(재생에너지)은 $2.95GJ/tonCO_2$가 소비되는 것으로 산출되었는데 이는 기존 상용 흡수제(MEA, Monoethanol amine)의 평균 재생에너지 수준(약 $4.0GJ/tonCO_2$) 대비 약 26% 저감 된 수치이다. 본 연구를 통해 한전 전력연구원에서 개발한 KoSol-5 흡수제 및 $CO_2$ 포집 공정의 우수한 $CO_2$ 포집 성능을 확인할 수 있었고, 향후 본 연구에서 성능이 확인된 고효율 흡수제(KoSol-5)를 실증급 $CO_2$ 포집플랜트에 적용할 경우 $CO_2$ 포집비용을 크게 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권4호
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• pp.223-231
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• 2012

본 연구는 유 무기성 폐기물 처리를 위한 다축스크류 난류접촉식 고효율 건조기의 최적 설계를 위한 연구의 일환으로 실험적 연구와 수치해석적 연구를 통하여 건조기 내부의 열유동 메카니즘을 규명하고 건조효율을 높일 수 있는 설계 기준을 제시 하고자 수행되었다. 사용된 건조기의 대표적인 특성은 건조용 가스의 바이패스 시스템으로 연소를 통해 얻어진 고온의 가스가 다축 스크류 내부 축을 따라 흐르면서 분공을 통해 고속으로 슬러지 내부로 분출되면서 열풍 건조를 하게 되는 것이다. 다양한 열원의 적용이 가능하고 고온 난류 분사식으로 높은 건조속도를 갖고 있으며 고점성 물질에도 적용이 가능한 것이 장점이다. 여기서 건조가스의 분배는 슬러지를 체적 가열하는 한편 슬러지가 뭉치지 않고 지속적으로 열과 물질 전달을 원활하게 하는 기공을 유지하도록 해야 한다. 실험결과 하수슬러지 200 kg/hr를 처리하는데 스크류를 1 rpm으로 회전시킬 때 적정 체류시간은 100분 정도로 나타났다. 또한 다양한 열량 공급 결과 150,000 kcal/hr로 공급한 경우 높은 건조효율을 유지하면서 잉여 열량공급으로 인한 과도한 열피로 및 열량의 낭비를 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 유 무기성 슬러지의 설계기술 및 건조효율 향상을 위한 건조가스의 유동 및 온도분포를 수치해석적 연구를 통하여 계산하였으며 연소실과 건조실의 온도계산 결과는 실험 자료와 매우 유사하게 나타나서 성공적으로 비교검증을 수행하였으며, 향후 물질전달에 대한 세부적인 모델을 적용하여 연구를 지속적으로 수행할 예정이다.

• 청정기술
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• 제20권4호
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• pp.390-397
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• 2014

하수슬러지를 유동층 소각으로 처리할 때 유동매체가 $N_2O$ 발생에 미치는 영향을 고찰하였다. 유동매체로 zeolite 분말을 혼합하여 2 mm의 구형으로 제조하였다. 유동사의 평균크기 0.4 mm인 것을 유동매체로 사용할시 최소유동화속도($U_{mf}$)는 0.44 m/s로 나타났으나, 2 mm zeolite 유동매체를 사용하였을 경우, 최소유동화속도는 0.5 m/s로 다소 증가하는 것을 알 수 있었다. 유동층 소각로 내경에 대한 유동층 높이의 비(bed aspect ratio)를 1.4에서 3.1로 증가시켰을 때, 최소유동화속도는 0.5 m/s 에서 0.7 m/s로 다소 증가하는 것을 알 수 있었다. 과잉공기비가 1.79이고, 유동층 온도는 $909^{\circ}C$, 공탑속도는 약 1.65 m/s의 운전 조건에서, 유동매체 양의 증가에 따라 배가스 $O_2$ 농도는 다소 감소하였으며, $CO_2$의 농도는 다소 증가하는 것으로 나타났다. 유동매체의 양이 6 kg (bed aspect ratio 1.98) 이상일 때 $N_2O$의 농도가 크게 감소하였는데, 이러한 감소는 $N_2O$의 NOx로 전환이라기보다는 zeolite 유동매체에 의한 $N_2O$ 분해 반응에 의한 것으로 사료되었다. 한편, zeolite 유동매체를 유동사와 혼합하여, 유동층 높이를 일정하게 유지하고, zeolite 유동매체의 혼합 비율과 유동층 온도를 변화시켰을 때, $N_2O$의 발생농도는 혼합비율 보다 유동층 온도에 의해 크게 의존하였으며, 고온으로 갈수록 감소하는 것을 알 수 있었다. 소각 운전 온도를 고려하였을 때, zeolite 유동매체의 소성 온도는 $900^{\circ}C$에서 수행하는 것이 효과적인 것으로 판단되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권1호
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• pp.127-137
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• 2021

미세먼지 전구체인 질소산화물(NOx)에 대한 대기배출부과금 제도가 2020년부터 국내에 도입 및 시행됨에 따라 이를 저감하기 위한 경제적인 연소기술 개발은 매우 시급한 실정이다. 본 연구에서는 해외 우드펠릿 대체재로서 REC(Renewable Energy Certificates) 확보가 가능한 국내 미이용 산림 바이오매스를 연료로 하여 0.1 MWth급 순환유동층 연소 설비에서 NOx 저감을 위한 air-staging 효과를 고찰하였다. 운전 변수로는 air-staging 적용 유무, 3차 공기 공급 높이(6.4 m, 8.1 m, 9.4 m) 그리고 air-staging 비율(1차 공기:2차 공기:3차 공기=91%:9%:0%, 82%:9%:9%, 73%:9%:18%) 변화이며 운전 변수에 대한 배기가스 내 NO와 CO 농도, 연소로 높이별 온도와 압력 프로파일, 포집된 비산재(fly ash) 내 미연탄소 함량과 연소효율을 분석하였다. 3차 공기를 가장 높은 9.4 m에서 공급한 air-staging 운전 시 NO 농도는 100.7 ppm으로 air-staging을 적용하지 않은 운전 조건(148.8 ppm)보다 32.3% 감소하지만 CO 농도는 오히려 52.2 ppm에서 99.8 ppm으로 91% 증가하였다. 더불어, NO 농도의 저감을 위한 환원영역과 CO 농도의 저감을 위한 산화영역 확보를 위해 3차 공기 공급 높이를 6.4 m로 유지하며 3차 공기 공급량을 늘리고 1차 공기 공급량을 낮춘 air-staging 운전 조건(73%:9%:18%)에서는 NO와 CO 농도가 각각 90.8 ppm과 66.1 ppm으로 air-staging 적용 조건 중 가장 감소되는 것을 확인하였다. 이러한 최적 운전 조건에서 연소효율 역시, air-staging을 적용하지 않은 운전 조건의 연소효율(98.3%) 보다 높은 99.3%임을 확인하였다.

• 청정기술
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• 제28권2호
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• pp.131-137
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• 2022

현재 반도체 공정에서 다양한 by-product 및 미사용 가스가 배출되고 있다. 오염물질을 함유한 배기는 일반적으로 유기, 산, 알칼리, 열, 캐비넷 배기 등으로 분류하며, 각각의 배기 특성에 맞는 대기 방지설비에서 처리 후 배출된다. 유기 배기 물질로서 휘발성 유기 화합물(volatile organic compound, VOC)은 산소 함유 탄화수소, 유황 함유 계 탄화수소 및 휘발성 탄화수소를 총칭하는 물질이고, 알칼리 배기의 주요성분은 암모니아(NH₃), 수산화테트라메틸암모늄(Tetramethylammonium hydroxide, TMAH)등이 있다. 본 연구의 목적은 유기와 알칼리 배기가스를 동시에 처리하기 위해 직접 연소 및 로 내 온도를 일정하게 유지하여 연소 특성 파악하고 NO_X 저감률을 분석하고자 진행하였다. VOC는 Acetone, IPA(isopropyl alcohol), PGMEA(propylene glycol methyl ether acetate)을 사용하였으며, 알칼리 배기 대표 물질로는 암모니아를 사용하였다. 실험 변수로는 온도와 당량 비(equivalence ratio, ER)로 배기가스 특성을 살펴보았다. 물질별 단독 및 혼합 연소테스트를 진행하였다. VOC 단독 테스트 결과 당량 비 1.4 조건에서 완전 연소가 일어남을 확인하였다. 암모니아는 당량 비 감소에 따라 산소 및 질소산화물의 농도가 감소하였다. 혼합 연소 운전 결과 배기가스 조성 내 질소산화물의 대부분은 일산화질소였으며 이산화질소는 10 ppm 부근으로 검출되었다. 전체적으로 질소산화물의 농도는 반응온도가 증가하면서 산화반응이 활성화되어 감소하는 경향을 나타나지만 이산화탄소의 농도는 증가하는 경향을 확인하였다. 전기열원을 적용한 무 화염 연소 기술을 적용하였을 때 VOC 및 암모니아 연소가 원활하게 일어남으로써 현재 별도로 운전되는 유기 및 알칼리 배기 시스템보다 경제성 및 공간적인 측면에서 장점이 있다고 판단된다.